科技专栏||这些人类目前能了解到的材料之最,你知道几个?

弗拉克斯 2018-11-07 16:06:55

人类已知的十大最强韧材料

1

石墨烯  Graphene

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简介石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状二维平面薄膜,是从石墨中剥离的单层片状结构,也是目前已知最薄的一种新材料。抗拉强度和弹性模量分别为125Gpa和1.1TPa,其强度为普通钢的100倍,用石墨烯制成的包装袋,可以承受大约2吨的重量,是目前已知的强度最大的材料。


发展趋势:2010年诺贝尔物理学奖获得以后,全球石墨烯专利申请开始急剧增加,未来有望在电子、储能、催化剂、传感器、光电透明薄膜、超强复合材料以及生物医疗等众多领域应用。

主要研究公司:Graphene Technologies、GrapheneIndustries、XG Sciences、大富科技、东旭光电、中国宝安、ST烯碳、宝泰隆、方大碳素等。


2

碳纳米管 Carbon Nanotube

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简介碳纳米管是一种呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管的一维量子材料,可以看做是石墨烯片层卷曲而成,按照石墨烯片的层数可分为:单壁碳纳米管(SWCNT)和多壁碳纳米管(MWCNTs)。碳纳米管具有良好的力学性能,抗拉强度达到50~200GPa,是钢的100倍,密度却只有钢的1/6,至少比常规石墨纤维高一个数量级;它的弹性模量可达1TPa,与金刚石的弹性模量相当,约为钢的5倍。

发展趋势:自90年代发现以来,碳纳米管相关产业蓬勃发展,大量用于制造复合材料和薄膜、透明导体、热界面、防弹衣、风涡轮机叶、功能器件的电极和催化剂载体等。

主要研究公司:Bayer Materials Science AG, Toray Industries Inc., Unidym. Inc., 深圳纳米港有限公司、深圳烯湾科技有限公司、山东大展碳纳米管有限公司、深圳贝特瑞新能源材料股份有限公司等。


3

金属玻璃 Metallic Glass

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简介金属玻璃又称非晶态金属,通常为合金,具有非晶态结构和玻璃态结构,这种双重结构决定了其拥有晶态金属和玻璃许多无法企及的性质,如良好的导电性,高强度,高弹性,更耐磨和腐蚀。金属玻璃的强度高于钢,硬度超过高硬工具钢。


发展趋势:超级强力、弹力和磁力特质,且较为大块,保持固体而不会在高温下结晶的金属玻璃,主要在引用在航天领域及军用武器。

主要研究公司及机构:Glassimetal Technology Inc.,日本东北大学金属材料研究所,美国加州理工学院等。



4

超高分子量聚乙烯纤维UHMWPE

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简介超高分子量聚乙烯纤维是由相对分子质量在100万到500万的聚乙烯纺成的纤维,是目前世界上强度最高与比重最轻的纤维,其强度比钢丝高15倍,但是很轻,最多可比芳纶等材料轻40%。

发展趋势:从绳索、系缆和绳网,到生命防护应用、高性能纺织品、复合材料、层压材料,应用范围极其广泛。未来5年和10年内世界UHMWPE的年需求量将分别在6万吨和10万吨。

主要研究公司:荷兰DSM公司,美国Honeywell公司,日本三井化学,上海斯瑞聚合体科技有限公司,湖南中泰特种装备有限责任公司,宁波大成新材料股份有限公司等。


5

氮化硼纳米管 Boron Nitride Nanotubes

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简介氮化硼和碳一样,可以形成单原子层薄片,将其卷曲之后便可形成纳米管。氮化硼纳米管自身的强度和碳纳米管相当,但是其真正的优势来自于当其和高分子材料结合时,它可以牢牢粘在聚合物材料上。氮化硼纳米管材料的强度都比碳纳米管的强度高,比PMMA界面高30%左右,而比环氧树脂高20%左右。

发展趋势:氮化硼纳米管具有光性能、优良的机械和热导性质,并能经受高温,而且,能吸收中子辐射,成为聚合物、陶瓷和金属复合材料的机械或热强化的有效添加剂。氮化硼纳米管额外的应用包括作为防护盾,电绝缘体和传感器。

主要研究公司: 美国BNNT LLC.  武汉化工新材料工业技术研究院有限责任公司。


6

朗斯代尔石Lonsdaleite

这就是神秘的夜光石,预知后事,戳一戳

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简介:朗斯代尔石由美国地质学家朗斯代尔在一个陨石坑发现,并定义为六方晶系陨石钻石,它与钻石一样,都是由碳原子构成,但它们的碳原子却以不同形状排列,经过模拟实验发现,朗斯代尔石的抗压能力比钻石高出58%。

PS:朗斯代尔的成分和一般钻石相似,但是一般地球上的钻石,都是等轴晶系,属于六方晶系的很少。地球上公开的存有数量仅为2-3颗,所以日后咱们学院可以人工合成朗斯代尔石,那绝对是可以装X的事。

目前公开已知的朗斯代尔石拥有者名单:

1.在美国华盛顿博物馆里,有1颗直径约为1毫米大小的‘朗斯代尔’。就是上文所说的,当时朗斯代尔这位地质学家说发现的那颗六角钻石。(此地为比较权威而且公认的拥有)

2.中国内蒙古赤峰的王占奎,拥有一颗,呈自然型圆球体、米黄色、不透明,重43.03克拉,直径1.75cm—1.80cm,而且夜里会自然发光的‘朗斯代尔’,俗称‘陨石钻石夜明珠’( 因为华盛顿博物馆的那颗似乎不会发光。)


7

金刚石 Diamond

相信这个大家都知道的“钻石永久远,一颗永流传”,不过在材料的女孩子眼里这只不过是的硬度很大的碳排列,所以要想赢得女孩子的芳心,还得靠真正的实力,各位男同志加油啊!

言归正传:发展趋势:金刚石在工业上应用十分广泛,主要集中在金刚石刀具,拉丝模用金刚石,金刚石钻头,近十多年来,中国生产金刚石工具的企业发展很快,年销售收入增长率高达15%

主要研究公司:日本富士华,Tyrolit,Saint Gobain, 山特维克, 日本往友,黄河旋风,豫金刚石,四方达等。


8

气凝胶 Aerogel

此材料在弗拉克斯本年的8月18号推送中学姐已介绍过,不免有拾人牙慧之嫌。不过,当时介绍的是气凝胶的低密度,一种称作“microlattice"的一种气凝胶的改良优化材料,今天我给大家介绍其高强度的特点。

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简介Aerogel气凝胶是一种固体物质形态,世界上密度最小的固体。密度为3kg/每立方米。气凝胶貌似“弱不禁风”,其实非常坚固耐用。它可以承受相当于自身质量几千倍的压力,在温度达到1200摄氏度时才会熔化。

发展趋势:气凝胶在热学、光学、电学、力学和声学等领域显示许多奇特的性能,可作为保温隔热材料、ICF以及X光激光靶、催化剂、吸附剂、各类电子器件等等具有优秀性能材料。

9

碳化硅 Silicon carbide

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简介:碳化硅在大自然中为天然矿物莫桑石,或者用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑等原料通过电阻炉高温冶炼而成。碳化硅硬度很大,摩氏硬度为9.5级,仅次于世界上最硬的金刚石,具有优良的导热性能,是一种半导体,高温时能抗氧化。


发展趋势:碳化硅作为第三代半导体材料的典型代表,受到半导体下游企业的青睐,利用碳化硅单晶衬底和外延材料制作的电力电子器件可在高电压,高频率环境下工作,性能优势突出,产业前景广阔。

主要研究公司及机构:Silicon Carbide Products Inc., 美国Cree公司,河北同光晶体有限公司、中国科学院半导体研究所、厦门芯光润泽科技有限公司等。

10

达尔文吠蛛丝 Darwin'sdark spider

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简介据报道,科学家在马达加斯加岛发现蜘蛛新物种达尔文吠蛛,能编织出世界上最大、也是最坚实的蛛网,这种蜘蛛织出的蛛网宽度达25米,是迄今为止研究过的最强生物材料,平均为350 MJ/m,有些丝甚至达520 MJ/m,是其它种类蜘蛛的丝之两倍;与同样粗细的人造纤维克维拉相较,其硬度为克维拉纤维的十倍是相同尺寸的凯夫拉纤维强度的10倍。

PS:不过这种拥有强大力量的“蜘蛛侠”似乎并不知道自己拥有的力量的价值,研究小组发现,达尔文吠蛛织的蛛网主要利用其捕食像蜉蝣和蜻蜓这样的小昆虫,以至于发现者阿格纳尔森开玩笑说:“按照我们的想象,我们希望它们能捕捉蝙蝠或鸟类之类的东西,然而,它胃口似乎没有这么好”

END

在看完以上十种人类目前最强韧的材料,小材们是不是觉得受益多多呢?不过,更大的惊喜还在后面呢!后期节目我们将会向小材呈现:丰富多彩的科创活动,详实准确的科创准备知识,最前沿的材料科学成果,最新的材料乃至科技界的新闻,新学内容的化学轶事和课本知识,日常生活科学常识,科学家的生平讲述。


来源:中国腐蚀与防护网

料料学网

编辑:孟   超

审核:林佩怡

指导:蔡建华